ARQUITETURA CELULAR: ORGANIZAÇÃO DA CÉLULA DOS

ORGANISMOS PROCARIÓTICOS E EUCARIÓTICOS

Aula 2

LGN0117 – Biologia Celular

Maria Carolina QuecineDepartamento de Genética

mquecine@usp.br

Como tudo começou … umajornada de 3,8 bilhões de

anos

Célula: a interação de sistemas de moléculas passou a ocorrer em compartimentos delimitados por membranas

Metabolismo (transformação de matéria e energia): Obtenção de energia e matéria prima a partir do ambiente, utilizando-as para sintetizar grandes moléculas contendo carbono

Fotossíntese: habilidade de utilizar o Sol como fonte energética Oxigênio (como um dos produtos gerados) mudou radicalmente a atmosfera da terra

Reprodução sexuada: combinação de genes a partir de duas células adaptação reprodução com variabilidade

Eucariotos: teoria da endossimbiose

Multicelularidade: especialização das células

Homeostase: desenvolvimento de sistemas complexos para controle do ambiente interno

Desenvolvimento: surgimento do crescimento controlado (organismo multicelular funcional)

Especiação: diversidade da vida

(4,5 bi anos)

Célula de bactériaProcarioto ancestral de uma célula eucariótica

Célula de eucarioto

núcleo

Retículo endoplasmático

Envelope nuclearParede celular

DNAInvaginação da membrana plasmática

MARCOS EVOLUTIVOS

Invaginação da membrana e perda da parede celular

Dois eventos de endossimbiose

MARCOS EVOLUTIVOS

Compartimentalização – especialização de processos metabólicos!!

PROCARIOTOS EUCARIOTOS

Célula Eucariótica VegetalCélula Procariótica Célula Eucariótica Animal

• Dividem-se em Bactérias e Arqueas;

• Micro-organismos de maior sucesso na terra (em termos de número de

indivíduos); existem cerca de 4.000 espécies conhecidas e estima-se que há

400.000 a 4 milhões de espécies;

• Viveram sozinhos na terra por aproximadamente 2 bilhões de anos

(ambientes hostis);

• Possuem papéis cruciais na biosfera (fixação biológica de N; fotossíntese);

• Podem degradar rejeitos industriais, petróleo e uma infinidade de

compostos;

• Em oceanos capturam energia da luz que são armazenadas em moléculas

que servem de alimentos para outros organismos;

BIOLOGIA GERAL DOS PROCARIOTOS

Taylor Valley, AntárticaRocha

Hipersalino

Os procariotos mais estudosainda são as bactérias…mas o

cenário está mudando.

Organimos geralmente extremófilos!

Sobrevivem em ambientes extremos, onde dificilmente hápossibilidade de vida para outros seres.

- Locais com altas temperaturas =100oC (Thermus aquaticus)- Locais com baixas concentrações ou sem oxigênio- Locais com baixo pH- Lagos ou mares com salinidade altíssima- Fontes de enxofre, etc.

ARQUÉIAS (ARCHAEA) - PARTICULARIDADES

• Parede celular diferente (archaea - sem peptideoglicana);• Membrana plasmática variante;• Proteínas associadas a tradução, transcrição e replicação estão

próximas aquelas de eucariotos;• Enzimas do metabolismo básico (manutenção celular) mais

próximas a bactérias.

EVOLUÇÃO DA ÁRVORE DA VIDA…

CÉLULA PROCARIÓTICA TÍPICA

As células procariotas são pobres em organelase membranas

Estruturalmente simples

Bioquimicamente diversas

Função:

- Contenção da pressão de turgor;- Envoltório rígido, responsável também pela forma da célula;

Domínio Bacteria

a) componente principal: peptideoglicano (> 100 tipos)- açúcares aminados:

N-acetilglicosaminaÁcido N-acetilmurâmico

- aminoácidos

PAREDE CELULAR

Gram positivas: 90 % da parede composta por

peptideoglicano (até 20 camadas) 30-60 nm

Gram negativas: 10 % da parede composta de peptideoglicano (1-2

camadas) 2-3 nm

GRAM POSITIVAS X GRAM NEGATIVAS

• paredes com composição variável;•sem peptideoglicano;•algumas se comportam como Gram+, outras Gram-

a) Metanogênicas:* pseudopeptidoglicano;* polissacarídeos.

b) Halofílicas:* Halococcus: polissacarídeo sulfatado;* Halobacterium: glicoproteínas com cargas negativas.

c) Outras metanogênicas:Methanococcus e Methanospirillum: proteínas;

d) Hipertermofílicas:* Sulfolobus: glicoproteínas;* Pyrodictium: glicoproteínas (113ºC).

E AS ARQUEIAS??

MEMBRANA PLASMÁTICA

Composição: lipídeos, proteínas e carboidratos

Conservada em todos tipos celulares!!!

Tipos de lipídeos em BACTÉRIAS:

1. Glicerolipídeos2. Glicolipídeos3. Glicoesfingolipídeos

Escherichia coli

Fosfatidil etanolamina 70-75%

Fosfaditil glicerol (PG) 25%

Cardiolipina (CL) 5-10%

• A composição e o tipo de ácido graxo (ramificado ou não) depende do tipo de ambiente que a bactéria vive;

• Bactérias que vivem em temperaturas muito baixas, possuem uma maior quantidade de ácidos graxos insaturados e ramificados, de modo a aumentar a fluidez da membrana;

Porque essa diversidade na composição?

Composição: glicoproteínas e/ou polissacarídeos:

Função:

- adesão;

- proteção contra dessecamento e fagocitose;

- relacionada a patogenicidade.

GLICOCÁLICE – CAPSULA

Coloração negativa para visualisação do glicocálice

CROMATÓFOROS E CLOROSSOMAS

Presentes e bactérias fotossintetizantes:

Ex: bactérias sulfurosas verdes.

Ancestrais dos cloroplastos!!

mobilidade das bactérias e arqueas;

estrutura flexível;

semi-rígida;

helicoidal;

ancorada na superfície da célula.

FLAGELO

Principais diferenças

Arqueae Bactéria

Composição do flagelo

Vários tipos de flagelina

Único tipo de flagelina

Glicolisação + -

Diâmetro do filamento

10-14 nm 20 nm

Conservação das flagelinas

N-terminal conservado

N-e C- conservados

• Apêndices finos (3 a 10 nm);

• Retos e curtos;

• Natureza protéica – pilina.

FÍMBRIAS E PILI

Fimbrias

Numerosos: 1000/célula;

Proteínas adesinas;

Adesão específica da célula bacteriana a diferentes substratos.

Pilus F ou fímbria sexual

< número 1 a 10;

Estrutura bastante longa e menos rígida;

Reconhecimento de outras bactérias;

Transferência de genes denominado conjugação.

- Cromossomo é muitas vezes uma única molécula circular;

- Podem apresentar plasmídeos (pequenos fragmentos de DNAcircular e replicação autônoma);

- Genoma pequeno e compacto (500 a 10000 genes);

PROCARIOTOS E SEU GENOMA

Os plasmídeos são muito utilizados na

Engenharia Genética!

Eucariotos: englobam animais, vegetais, fungos uni e multicelulares, protistas unicelulares, oomicetos

Fungi Plantae Animalia

Protista

CÉLULAS EUCARIÓTICAS (ANIMAL)

CÉLULAS EUCARIÓTICAS (VEGETAL)

Principais componentes Subcomponentes Função principal

Membrana celular Parede celularCobertura celularMembrana plasmática

ProteçãoInterações celularesPermeabilidade, endo e exocitose

Núcleo CromossomosNucléolo

Genes Síntese dos ribossomos

Citoplasma

Citosol Enzimas solúveisRibossomos

GlicóliseSíntese proteíca

Citoesqueleto Microtúbulos eMicrofilamentos

Forma e mobilidade celular

Organelas microtubulares Centrômeros e centríolosCorpusculos basais e cílios

Divisão celularMotilidade celular

Sistema de endomembrana Membrana nuclearRetículos endoplasmáticoComplexo de GolgiEndossomos e lisossomos

Permeabilidade nuclearSíntese e processamentoSecreçãoDigestão

Organelas de membrana MitocôndriaCloroplastoPerixossomo

Síntese de ATPFotossínteseProteção

Organização dos eucariotos (De Roberts et al. 2003)

FUNGOS

HÁ TAMBÉM OS FUNGOS UNICELULARES!!

Armillaria ostoyae

• ocupa 8,9 km² de floresta nas Blue Mountains, Estado de Oregon (EUA) estima-se 2.400 anos de idade

PROTOZOÁRIOS

DIVERSIDADE …

CAUSADORES DE DIVERSAS DOENÇAS …

Giárdia – anaeróbica sem

mitocôndria!

Na verdade tem uma

mitocôndria extremamente

pequena!!!

Dimorfismos celular

Grande varieadade de composição de

parede celular!

Estruturas exteriores

Parede celular Presente (proteína-polissacarídeo)

Membrana celular Presente

Flagelo Pode estar presente

Estruturas interiores

R. E. Ausente

Ribossomos Presente

Microtúbulos Ausente

Centríolos Ausente

Complexo de Golgi Ausente

Núcleo Ausente

Mitocôndria Ausente

Cloroplastos Ausente

Cromossomo Presente (muitas vezes único e circular)

Lisossomos Ausente

Vacúolos Ausente

Peroxissomos Ausente

Cél

ula

s d

e p

roca

rio

tos

Estruturas exteriores

Parede celular Pode estar presente (celulose, lignina, pectina, quitina...)

Membrana celular Presente

Flagelo Pode estar presente

Estruturas interiores

R. E. Presente

Ribossomos Presente

Microtúbulos Presente

Centríolos Pode estar presente (animais)

Complexo de Golgi Presente

Núcleo Presente

Mitocôndria Presente

Cloroplastos Pode estar presente (plantas)

Cromossomo Presente

Lisossomos Pode estar presente (animais)

Vacúolos Pode estar presente (plantas, fungos e protistas)

Peroxissomos Presente

Cél

ula

s d

e eu

cari

oto

s

Estruturas exteriores Eucariotos Procarioto

Tamanho da célula 5 – 100 µm 0,1 – 1 µm

Parede celular Pode estar presente (celulose, lignina, pectina, quitina, alginato, principalmente)

Pode estar presente (peptídeoglicana, pseudopeptídeoglicana)

Membrana celular Presente Presente

Locomoção Flagelos ondulantes/cílios/movimentoamebóide

Flagelorotativo/cílios/deslizamento

Estruturas interiores

Localização dos cromossomos Núcleo com membrana Nucleóide sem membrana

Cromossomo Linear Muitas vezes único e circular

DNA extracromossômico Mitocondrial e Cloroplastidial Plasmidios

Ribossomos Presente (40 e 60S/80S) Presente (30 e 50S/70S)

Microtúbulos/centrossomo Presente (centríolos em células animais) Ausente

Complexo de Golgi/ R.E. Presente Ausente

Vacúolos Pode estar presente Ausente

Mitocôndria Presente (respiração) Ausente (respiração na membrana)

Cloroplastos Pode estar presente (plantas) Ausente

Lisossomos Pode estar presente (animais) Ausente

Peroxissomos Presente Ausente

ESTUDO DIRIGIDO:

1. Diferenças entre Eucariotos e Procariotos.2. Estrutura da célula de procarioto.3. Diferenças entre Bactérias e Arqueas. 4. Estrutura da célula de eucarioto.5. Função das organelas em eucariotos.

Capítulo 1 – CélulaDe Robertis, E.M.F.; Hib, J. 2014.Biologia Celular e Molecular. 16ªEdição. Editora Guanabara Koogan,Rio de Janeiro.